芳香（脂肪）族二氨基甲酸甲酯的催化合成研究

论文摘要

异氰酸酯是一种重要的有机中间体。目前,工业上主要采用光气法制备,同时产生大量盐酸,生产过程存在较大的环境生态安全隐患,研发清洁安全的非光气异氰酸酯生产路线,己成为绿色化学化工关注的热点。用碳酸二甲酯代替光气合成异氰酸酯,是一条洁净、温和、且具有工业化前景的非光气工艺路线。其中以氨基甲酸酯热分解制备异氰酸酯为最具工业应用前景的生产方法之一。它是由芳香(脂肪)族二氨基甲酸甲酯合成及其进一步分解反应构成,该法具有反应条件温和、催化剂价廉、仅生成副产物甲醇等优点。若同甲醇气相氧化羰基化制备DMC工艺相结合,可构成“零排放”的绿色合成工艺过程。本文对芳香(脂肪)族二氨基甲酸甲酯的催化合成过程进行了研究。首先,研究了以盐酸为催化剂,苯胺(AN)与甲醛经缩合生成二氨基二苯甲烷(MDA)的工艺。测定了MDA的熔点,采用傅里叶变换红外光谱和氢核磁共振对产品结构进行了表征。通过对此工艺的优化探讨,获得了较优的工艺条件为：n(苯胺)/n(甲醛)=2.55、盐酸浓度28.55%、反应温度100℃、反应时间35min的条件下MDA的收率可到85.6%(以AN计)。该合成路线具有反应条件温和、产物分离容易。其次,对碳酸二甲酯(DMC)与芳香胺(二氨基二苯甲烷、邻联甲苯胺)反应合成芳香族二氨基甲酸甲酯的催化剂种类进行了研究。通过对多种类型催化剂(甲醇钠、醋酸钠、醋酸锌和醋酸铅等)的催化效果进行比较,发现醋酸锌在合成芳香族二氨基甲酸甲酯时有很好的催化性能。测定了产物的熔点,采用傅里叶变换红外光谱和氢核磁共振对产品结构进行了表征。考察了反应温度、DMC用量、反应压力、反应时间、催化剂用量对产物收率的影响。实验结果显示,合成二氨基二苯甲烷的最佳工艺条件：以醋酸锌为催化剂,反应温度180℃,反应时间2h,DMC/MDA的摩尔比为20：1,催化剂用量(与MDA的摩尔比)0.05,收率可达到96.40%；合成邻联甲苯氨基甲酸甲酯的最佳工艺条件：以醋酸锌为催化剂,反应温度170℃,反应时间7h,DMC/邻联甲苯胺的摩尔比为20：1,催化剂用量(与邻联甲苯胺的摩尔比)0.1,收率达到85.37%。最后,对碳酸二甲酯(DMC)与脂肪胺(己二胺、三甲基己二胺、间苯二甲胺)合成脂肪族二氨基甲酸甲酯的反应进行研究,考察了催化剂的活性(甲醇钠、醋酸钠、醋酸锌、硝酸锌和醋酸铅等)对脂肪族二氨基甲酸甲酯合成反应性能的影响,发现甲醇钠与醋酸铅有很好的催化性能。对反应条件进行了优化,得出合成己二氨基甲酸甲酯的最佳工艺条件：以甲醇钠为催化剂,反应温度80℃,反应时间8h,DMC/己二胺的摩尔比为6：1,催化剂用量(与己二胺的摩尔比)0.19,产率达到94.03%；考虑到温度控制、物料配比、反应时间等因素,确定合成三甲基己二氨基甲酸甲酯的较适宜的反应条件为：以醋酸铅作为催化剂,反应温度80℃,反应时间15h,DMC/三甲基己二胺的摩尔比为10：1,催化剂用量(与三甲基己二胺的摩尔比)0.1,此条件下三甲基己二氨基甲酸甲酯的收率为92.13%；合成间苯二甲氨基甲酸甲酯的最佳工艺条件：以醋酸铅为催化剂,反应温度180℃,反应时间2h,DMC/间苯二甲胺的摩尔比为20：1,催化剂用量(与间苯二甲胺的摩尔比)0.1,产率达到96.0%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 异氰酸酯的应用
• 1.2.1 聚氨酯
• 1.2.1.1 刚性泡沫
• 1.2.1.2 韧性泡沫
• 1.2.1.3 聚氨酯弹性体
• 1.2.1.4 聚氨酯胶黏剂
• 1.2.1.5 聚氨酯涂料
• 1.2.2 聚氨酯脲和聚脲
• 1.2.3 聚氨酯异氰酸酯
• 1.2.4 光学应用和上光
• 1.2.5 高分子改性中的应用
• 1.2.6 生物学和医学上的应用
• 1.2.7 农业中的应用
• 1.2.8 有机合成试剂
• 1.2.9 其他应用
• 1.3 合成异氰酸酯的现实意义
• 1.4 异氰酸酯的分类及其性质
• 1.4.1 异氰酸酯的分类
• 1.4.2 异氰酸酯的结构特点及其亲核加成机理
• 1.4.3 异氰酸酯的化学反应
• 1.4.3.1 亲核反应
• 1.4.3.2 聚合反应
• 1.5 异氰酸酯的工业概况
• 1.5.1 世界异氰酸酯的现状及发展趋势
• 1.5.2 国内异氰酸酯的现状及发展趋势
• 1.6 异氰酸酯合成方法的研究进展
• 1.6.1 传统的光气法合成
• 1.6.2 异氰酸酯的绿色化合成
• 1.6.2.1 直接法
• 1.6.2.2 间接法
• 1.7 氨基甲酸酯类化合物的应用
• 1.7.1 在有机合成中的应用
• 1.7.2 医药
• 1.7.3 杀虫剂
• 1.8 碳酸二甲酯的性质和应用
• 1.9 本论文的主要研究内容
• 参考文献
• 第二部分 芳香族二氨基甲酸甲酯的合成与分离
• 2.1 引言
• 2.2 二氨基二苯甲烷（MDA）的合成与分离
• 2.2.1 实验试剂及仪器设备
• 2.2.1.1 主要原料与试剂
• 2.2.1.2 表征所用的仪器和测试方法
• 2.2.2 MDA合成的原料处理
• 2.2.3 实验原理
• 2.2.4 合成方法
• 2.2.5 产物的结构表征
• 2.2.6 实验结果与讨论
• 2.2.7 可能的反应机理探讨
• 2.3 以MDA与碳酸二甲酯（DMC）为原料合成MDC及MDC的分离提纯
• 2.3.1 实验试剂及仪器
• 2.3.1.1 主要原料与试剂
• 2.3.1.2 表征所用的仪器和测试方法
• 2.3.2 催化剂的制备
• 2.3.3 实验原理
• 2.3.4 合成方法
• 2.3.5 产品的结构表征
• 2.3.6 实验结果与分析
• 2.4 邻联甲苯氨基甲酸甲酯的合成及分离提纯
• 2.4.1 实验试剂及仪器设备
• 2.4.1.1 实验原料与试剂
• 2.4.1.2 仪器与设备
• 2.4.2 实验原理
• 2.4.3 合成方法
• 2.4.4 产品的结构表征
• 2.4.5 实验结果与讨论
• 2.5 可能的反应机理探讨
• 2.6 本章小结
• 2.7 参考文献
• 第三部分 脂肪族二氨基甲酸甲酯的合成与分离
• 3.1 引言
• 3.2 1,6—己二氨基甲酸甲酯的合成与分离提纯
• 3.2.1 实验试剂及仪器设备
• 3.2.1.1 实验试剂
• 3.2.1.2 仪器与设备
• 3.2.2 实验原理
• 3.2.3 合成方法
• 3.2.4 产物的结构表征
• 3.2.5 实验结果与分析
• 3.3 三甲基二氨基甲酸甲酯的合成与分离提纯
• 3.3.1 实验试剂及仪器设备
• 3.3.1.1 实验试剂
• 3.3.1.2 仪器与设备
• 3.3.2 实验原理
• 3.3.3 实验过程
• 3.3.4 产物的结构表征
• 3.3.5 实验结果与分析
• 3.4 间苯二甲氨基甲酸甲酯的合成及分离提纯
• 3.4.1 实验试剂及仪器设备
• 3.4.1.1 实验药品与试剂
• 3.4.1.2 仪器与设备
• 3.4.2 实验原理
• 3.4.3 合成过程
• 3.4.4 产物的结构表征
• 3.4.5 实验结果与讨论
• 3.5 可能的反应机理探讨
• 3.6 本章小结
• 3.7 参考文献
• 结论
• 附录
• 致谢